МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ДИЗЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК F01N3/28 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Известен многоступенчатый нейтрализатор отработавших газов дизеля, содержащий корпус с внешними и внутренними стенками, тепловой изоляцией между этими стенками, коаксиально установленными пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, полым сажевым фильтром электростатического типа с электродами, установленным соосно пористым металлокерамическим окислительному и восстановительному каталитическим блокам перед ними, резонатором колебаний, входным и выходным патрубками с фланцами, канал для подвода вспомогательного газа. Канал для подвода вспомогательного газа соединен с полостью, образованной между внутренней поверхностью пористого металлокерамического восстановительного каталитического блока и внешней поверхностью пористого металлокерамического окислительного каталитического блока (патент РФ N 2023179, МПК⁵ F 01 N 3/28).

Основными недостатками известного нейтрализатора отработавших газов дизеля являются низкая эффективность очистки отработавших газов, т.к. вспомогательный газ подводится не только в зону окисления продуктов неполного сгорания топлива, но и в зону восстановления окислов азота, и низкое качество очистки отработавших газов, т. к. при использовании полого сажевого фильтра твердые частицы, включая сажу, размерами 1-3 мкм не отфильтровываются из-за того, что этот фильтр предназначен для очистки отработавших газов от твердых частиц с размерами более 3 мкм.

Известен также каталитический нейтрализатор, содержащий корпус с коаксиально установленными с образованием полости между ними пористыми металлокерамическими окислительными и восстановительными каталитическими блоками, входным и выходным патрубками с фланцами, канал для подвода вспомогательного газа. Этот канал соединен с полостью, образованной из сообщающихся частей между внутренней поверхностью корпуса и наружными поверхностями окислительных пористых металлокерамических каталитических блоков (патент РФ N 2120554, МПК⁶ F 01 N 3/28).

Основными недостатками описанного каталитического нейтрализатора являются низкая эффективность очистки отработавших газов, т.к. в зонах восстановительного каталитического блока создается избыток кислорода, что способствует снижению скорости восстановления окислов азота, и низкое качество очистки отработавших газов, т.к. пористыми металлокерамическими каталитическими блоками очистка от твердых частиц размерами 1-3 мкм не обеспечивается, несмотря на наличие нескольких пористых металлокерамических окислительных каталитических блоков.

Последняя конструкция каталитического нейтрализатора является наиболее близкой по технической сущности и принята за прототип.

Сущность изобретения заключается в том, что в многоступенчатом каталитическом нейтрализаторе дизеля, содержащем корпус с коаксиально установленными с образованием полости между ними пористыми металлокерамическими окислительными и восстановительными каталитическими блоками, входным и выходным патрубками с фланцами, канал для подвода вспомогательного газа, соединенный с полостью, образованной внутри корпуса, канал для подвода вспомогательного газа соединен через коллектор с полостью, образованной внешней поверхностью фильтров из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композитного углеродистого материала и внутренней поверхностью пористого металлокерамического окислительного каталитического блока. При этом фильтры из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композиционного углеродистого материала осесимметрично размещены внутри коаксиально установленных пористых металлокерамических окислительных и восстановительных каталитических блоков.

Такое выполнение каталитического нейтрализатора позволяет повысить эффективность очистки отработавших газов дизеля путем подачи вспомогательного газа непосредственно в зону окисления между внешней поверхностью фильтра из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композитного углеродистого материала и внутренней поверхностью пористого металлокерамического окислительного каталитического блока, что способствует увеличению скорости восстановления окислов азота. Кроме этого, предлагаемый каталитический нейтрализатор позволяет повысить качество очистки отработавших газов дизеля, так как обеспечивает двойную очистку отработавших газов от твердых частиц, включая сажу, с размерами до 1-3 мкм, при использовании в качестве ступеней очистки пористых металлокерамических каталитических блоков и фильтров из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композитного углеродистого материала.

Предлагаемое выполнение каталитического нейтрализатора относит его к классу многоступенчатых, так как в нейтрализаторе существуют несколько ступеней очистки отработавших газов, к разряду комбинированных, так как в качестве ступеней очистки используются пористые металлокерамические каталитические блоки и фильтры из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композитного углеродистого материала.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный по оси разрез многоступенчатого комбинированного каталитического нейтрализатора дизеля. Стрелками на чертеже обозначено движение отработавших газов.

Предлагаемый многоступенчатый комбинированный каталитический нейтрализатор дизеля содержит корпус 1 с фланцами 2, с входным 3 и выходным 4 патрубками, оснащенными фланцами 5 и 6, торцевой крышкой 7 с установочными буртами 8. Полость реактора образована торцевыми крышками 7 и внутренними поверхностями полых пористых металлокерамических окислительно-восстановительных блоков 9 и 10, установленных с зазором и образованием кольцевых полостей 11 и 12 между их наружными поверхностями и внутренней поверхностью корпуса 1. Каталитические блоки 9 и 10 установлены на установочных буртах 8 крышек 7 и буртах 13 внутренней перегородки 14. Коаксиально на буртах 8 и 13 закреплены пористые металлокерамические блоки: восстановительный 15 и окислительный 16. Между коаксиально установленными каталитическими блоками 9 и 16, 10 и 15 образованы кольцевые окислительно-восстановительные полости 17 и 18. В реакторе нейтрализатора внутри коаксиально установленных металлокерамических пористых проницаемых блоков окислительного 16 и восстановительного 15 установлены осесимметрично два фильтра 19 и 20 из многослойной перекрестной намотки композитных углеродистых нитей 21 на сетчатых каркасах 22.

Реактор нейтрализатора разделен блоками 15 и 16, фильтрами 19 и 20, перегородкой 14 на шесть полостей: приемную 23, выгорания сажи 24, окислительно-восстановительную 17, окислительно-восстановительную 18, дожигания сажи 25, выходную 26. Полости 17 и 18 сообщаются через окно 27 в перегородке 14. Каналами 28 вспомогательного газа внутренняя полость 29 коллектора 30 в торцевой крышке 7 со стороны входного патрубка 3 соединена с полостью выгорания сажи 24, образованной внешней поверхностью фильтра 19 и внутренней поверхностью окислительного блока 16. Коллектор 30 оснащен каналом 31 для подвода вспомогательного газа.

Предлагаемый многоступенчатый комбинированный каталитический нейтрализатор работает следующим образом. Отработавшие газы дизеля через входной патрубок 3 поступают в приемную полость 23 реактора, проходят через слой намотки 21 на каркасе 22 фильтра 19 и очищаются от сажевых частиц. В полость 24 между фильтром 19 и окислительным блоком 16 подается вспомогательный газ-окислитель из канала 31 через коллектор 30 и каналы 28. Углеродистый композитный материал, применяемый для обмотки фильтров 19, 20 с одной стороны выдерживает температуры до 970^oC, с другой - отфильтровывает твердые частицы до 3 мкм. При добавлении окислителя частицы сажи выгорают. Таким образом на окислительный пористый блок 16 поступают очищенные газы, что предотвращает залипание их частицами пор последнего. Вспомогательный газ (например воздух), служащий окислителем, подается из атмосферы по каналу 31 в полость 29 коллектора 30 и далее по каналам 28 в полость 24 нейтрализатора. При прохождении через окислительный блок 16 происходит окисление оксида углерода и частично углеводородов в условиях избытка воздуха, создаваемого подачей газа в полость 24. В полости 17 в условиях турбулентного взаимодействия газов со стенками блоков 9 и 16 продолжаются окислительные реакции и начинаются восстановительные. Окислительным реакциям способствует поступление вспомогательного газа через пористые стенки блока 16 из полости 24. Далее газы проходят через окно 27 в полость 18. В полости 18 продолжается процесс окислительно-восстановительных реакций. При прохождении газов через восстановительный блок 15 происходит восстановление оксидов азота. Этот процесс продолжается в полости 25 при недостатке кислорода в присутствии раскаленного углерода на поверхности фильтра 20.

Очищенные газы поступают в полость 26 и отводятся по выходному патрубку 4 из нейтрализатора.

Таким образом, осуществление подачи вспомогательного газа между фильтром и окислительным блоком позволяет наиболее полно очищать газы от продуктов неполного сгорания и обеспечить самоочистку фильтров. По сравнению с прототипом качество очистки газов от твердых частиц и окислов азота улучшается более чем на 50%.

В корпусе нейтрализатора коаксиально установлены с образованием полости между ними пористые металлокерамические окислительные и восстановительные каталитические блоки. Корпус также снабжен входным и выходным патрубками с фланцами, каналом для подвода вспомогательного газа. Канал для подвода вспомогательного газа соединен через внутреннюю полость коллектора на торцевой крышке со стороны входного патрубка с полостью, образованной внешней поверхностью фильтра из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композитного углеродистого материала и внутренней поверхностью пористого металлокерамического окислительного каталитического блока. Фильтры из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композитного углеродистого материала осесимметрично размещены внутри коаксиально установленных пористых металлокерамических окислительных и восстановительных каталитических блоков. Технический результат: повышение эффективности и качества очистки отработавших газов дизеля от твердых частиц и окислов азота. 1 ил.

Многоступенчатый каталитический нейтрализатор дизеля, содержащий корпус с коаксиально установленными с образованием полости между ними пористыми металлокерамическими окислительными и восстановительными каталитическими блоками, входным и выходным патрубками с фланцами, канал для подвода вспомогательного газа, соединенный с полостью, образованной внутри корпуса, отличающийся тем, что канал для подвода вспомогательного газа соединен через коллектор с полостью, образованной внешней поверхностью фильтров из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композитного углеродистого материала и внутренней поверхностью пористого металлокерамического окислительного каталитического блока, при этом фильтры из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композитного углеродистого материала осесимметрично размещены внутри коаксиально установленных пористых металлокерамических окислительных и восстановительных каталитических блоков.